Finite-Elemente-Analyse und biomechanische Testung des neuen MiniMIS-Kurzschafts

Zusammenfassung

Einleitung Bei der Hüftendoprothetik ist eine zunehmende Entwicklung zu den Kurzschaftprothesen festzustellen. Ziel dieser Studie ist es, die biomechanische Festigkeit an Hand der Finite-Elemente-Analyse und experimentell die Dauerbelastung einer neuen Kurzschaftprothese zu untersuchen.

Methoden Es wurde einerseits eine Finite-Elemente-Analyse für die Belastungssituation „Halstest“ und „Schafttest“ nach den zutreffenden ISO-Normen berechnet. Dabei wurden unterschiedliche Einbetthöhen gewählt und entsprechend diesen ISO-Normen die Ausrichtung durchgeführt. Eine Belastung bis 6 kN wurde in vertikaler Richtung aufgebracht. Untersucht wurde ein schenkelhalsteilerhaltender Schaft (MiniMIS). Anschließend wurden normgerechte experimentelle Testungen über 10 Mio. Zyklen unter einer Maximallast von 5,34 kN und Verwendung eines XL-Keramikkopfes mit 36 mm (worst case) durchgeführt. Schließlich wurde die Last bis zum Materialversagen schrittweise erhöht (Locati).

Ergebnisse Bei allen Schäften wurde in der Finite-Elemente-Analyse Von-Mises-Spannungen kleiner 800 N/mm² ermittelt, womit die Grenzwerte der ISO 5832-3 nicht überschritten wurden. Bei den experimentellen Testungen nach ISO 7206-6 (Halstest) wurde in allen Fällen die Gesamtzahl von 10 Mio. Lastzyklen bei 5,34 kN Maximallast erreicht und eine geschätzte Dauerfestigkeit von > 9,35 kN bestimmt. Es wurden keine sichtbaren Beschädigungen an den getesteten Implantaten festgestellt. In den Testungen nach ISO 7206-4 (Schafttest) wird die geschätzte Dauerfestigkeit mit 2,16 kN bei geforderten 1,2 kN für 5 Mio. Zyklen bestätigt.

Zusammenfassung Die hier vorgestellte Finite-Elemente-Analyse und die darauffolgende biomechanische Testung zeigen, dass das Design dieser Schäfte die normativen Anforderungen für die mechanische Festigkeit erfüllt und ein Materialversagen bei den untersuchten Varianten und Größen unter diesen Bedingungen nicht zu erwarten ist.

Schlüsselwörter

Finite-Elemente-Analyse - Hüfte - Kurzschaft

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